Die Aerosol-gestützte CVD ZnCl2 gelöst in Ethanol führt zur Bildung von grauen uniform und anhaftende Filme auf nackten Silizium-Wafer (relativ leicht mechanisch abgeschliffen). Charakterisierung der Filme mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM) über 8.000 X Vergrößerung zeigt quasi ausgerichtete hexagonale geformte ZnO Stangen mit einer Länge von ∼1, 600 und einem Durchmesser von ∼380 nm (Abbildung 2). Große Fehler in die Sollwert Temperatur oder das Vorhandensein von Temperaturgradienten entlang das Substrat während der CVD können dazu führen, dass die Ablagerung von anderen ZnO Morphologien ()Abbildung 3) oder Filme mit uneinheitlichen Strukturen. Darüber hinaus können unebene oder nicht-anhaftende Beschichtungen teilweise schlechte Temperaturregelung, falscher Einstellung des Durchflusses und/oder die Verwendung von einem anderen Träger Lösungsmittel als die in diesem Protokoll angegebene zusammenhängen.
Röntgenbeugungsanalyse (XRD) der Stäbe zeigt Beugungsmuster, verbunden mit einer hexagonalen ZnO-Phase (P63Mc Raumgruppe, ein = 3.2490 Å, b = 3.2490 Å, und c = 5.2050 Å; ICCD Karte Nr. 5-0664). Diese Muster zeigen eine hohe Intensität Beugung Spitze 34,34 ° 2θ, entspricht der (002) Ebene der hexagonalen ZnO-Phase, zusammen mit anderen sieben geringer Intensität Beugung Peaks bei 31.75 36,25, 47.54, 56.55, 62.87, 67,92, und 72,61 ° 2θ, entsprechend (100) (101) (102) (110) (103) (201) und (004) Flugzeuge bzw. der hexagonalen ZnO-Phase. Charakterisierung der Stäbe durch hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zeigt planar Abstand markiert (0,26 nm) Übereinstimmung mit der internen Gitter (002) Flugzeug (d = 0.26025 nm) der hexagonalen ZnO-Phase durch XRD identifiziert. Energy-dispersive x-ray (EDX) Spektroskopie zeigt die Anwesenheit von Zn mit relativ geringen Chlor Kontamination (für Cl:Zn 0,05 at.% gefunden).
Die Schätzung der optischen Bandlücke der Stäbe durch diffuse Reflexion Messungen von Filmen zeigt eine optische Bandlücke von 3,2 eV, Einklang mit der Literatur Werte für ZnO-10. Die Analyse der Filme mit Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) zeichnet sich durch Zn 2p1/2 und Zn 2 p3/2 Kernebene Spitzen Spektren bei 1.045 und 1.022 eV bzw. konsistente mit den beobachteten vorher für ZnO-11,-12.
Die Verwendung dieses Protokolls auf Industrieanforderungen Silizium-basierten Plattformen für Gas sensing Blei für die direkte Integration von säulenförmigen ZnO Stangen beschränkt auf sensing-aktiven Bereich (400 x 400 µm2), die durch eine Lochmaske definiert wird bestimmt. Der elektrische Widerstand der Filme ist in der Größenordnung von kΩ (∼ 100 kΩ), mit der die Elektroden bei Raumtemperatur gemessen in den Silizium-basierten Micromachined Plattformen integriert. Abbildung 4 zeigt das Bild aus einem Array von vier Micromachined Gassensoren basierend auf Aerosol-gestützte CVD Ruten. Die Merkmale und Fertigungsprozess für die Industrieanforderungen Plattformen wurden beschriebenen zuvor13. Diese Mikrosysteme sind mit der maximalen Antworten aufgezeichnet (mit einer kontinuierlichen Gas Flow Test Kammer13) empfindlich auf relativ niedrigen Konzentrationen von Kohlenmonoxid, wenn die Sensoren bei 360 ° C mit dem resistiven Mikroheizern betrieben wurden integriert im System (Abbildung 5).

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Systems der Aerosol-gestützte CVD.

Abbildung 2: Oben (A) und Querschnitt (B) SEM Bilder der ZnO Stangen über Aerosol-gestützte CVD hinterlegt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 3: Cross-sectional SEM Bilder von ZnO hinterlegt über Aerosol-gestützte CVD bei 300 (A), 400 (B), 500 (C) und 600 ° C (D). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: Silizium-basierten Micromachined Plattform mit 4 Mikrosensoren auf ein TO8-Paket (A) montiert und detaillierte Ansicht von einem Reinstraum (B) und die ZnO-Stangen am Rande einer Elektrode (C) hinterlegt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5 : Elektrischer Widerstandsänderungen der ZnO Stangen gegenüber verschiedenen Konzentrationen von Kohlenmonoxid (25, 20, 10 und 5 ppm). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.